李妍妍，郑国强

（山东建筑大学测绘地理信息学院，山东 济南250101）

西藏天然林保护区景观格局分析

李妍妍，郑国强*

（山东建筑大学测绘地理信息学院，山东 济南250101）

森林保护区景观格局的变化是揭示其生态状况及空间变异特征的有效手段，开展西藏天然林保护区景观格局动态变化的研究对科学认识西藏天然林动态变化规律，维护森林景观稳定性，保障森林生态系统安全具有重大意义。文章对2000和2010年遥感影像进行监督分类，根据保护区自然特征分析了研究区土地利用状况，选取了11种景观指数对保护区景观格局的动态变化进行了研究，从斑块类型水平和景观水平两方面阐明了其景观异质性变化趋势，提出了景观优化策略。结果表明：天然林保护工程实施后，保护区土地利用类型变化明显，植被覆盖度增加到84.5%，土地类型空间分布存在差异；景观格局斑块个数减少但依旧较多，景观最大斑块指数和平均斑块面积增加；景观异质性降低，破碎度较大；可采取加强荒漠治理、人工管理、建立生态廊道等措施优化景观格局。

西藏天然林保护区；景观格局；土地利用

0 引言

森林景观是森林景观生态学研究的重点内容，研究森林景观的结构特征和空间分布的动态变化可以有效地揭示森林景观结构、功能及生态效应之间的关系［1-2］。而森林景观恢复又是全球范围内生态环境建设所面临的普遍问题，人为活动和自然因素都影响着森林恢复［3-5］。研究森林保护区结构特征和景观格局变化，探索森林景观格局变化的规律和机制，是揭示其生态状况及空间变异特征的有效手段。森林景观格局的变化特征和趋势关系到相关保护政策的制定和具体生态环境保护措施的实施，同时可为区域森林经济的可持续发展提供参考。

国家着眼于经济和社会的可持续发展，于2000年在全国范围内正式启动了天然林资源保护工程，西藏作为我国主要的原始林区之一，森林资源丰富但覆盖率低，为贯彻落实国务院关于搞好生态环境建设的重大决策，西藏昌都地区的江达、贡觉、芒康三县率先启动了天然林保护工程（简称“天保工程”），以期提高森林覆盖率，改善西藏脆弱的生态环境。工程实施以来不少学者对天然林保护进行了研究，多倾向于天然林保护与可持续经营的技术探讨，以及保护工程的效益评价和优化［6-8］。虽然有学者基于GIS平台在宏观方面评价了森林景观变化，但是缺少对天然林恢复过程中森林景观类型变化规律的研究［9-15］。目前关于西藏天然林保护工程研究多注重生态评价和规划研究，缺乏对保护区景观的定量分析研究［16-17］。为了更好地研究西藏地区天然林保护工程对西藏森林的影响，基于工程实践，借助GIS手段，应用景观生态学原理与方法研究2000和2010年昌都地区西藏天然林保护区景观格局动态变化，揭示区域生态状况及空间变异特征，提出景观优化策略，有利于昌都地区森林保护政策的制定和森林经济的可持续发展，对科学认识西藏天然林动态变化规律，维护森林景观稳定性，保障森林生态系统安全具有重大意义。

1 研究区概况

西藏天然林保护区位于昌都地区，包含江达县、贡觉县和芒康县（又称“天保三县”），N97°15′～99°05′，E28°37′～32°36′，保护区面积 3.10×104km2。“天保三县”位于西藏东部，地处金沙江、澜沧江、怒江三件并流的横断山脉地带，位于西藏与四川、青海、云南交界的咽喉部位，与四川雀儿山、沙鲁里山隔江（金沙江）相望；地势总体西北部高，东南部低，平均海拔3500 m以上；属于高原大陆性气候，夏季气候温和湿润，冬季气候干冷，年温差小，日温差大，年平均降水量477.7 mm，雨热同季，干湿分明，受中低纬度地理位置和南北平行峡谷等因素影响，气候以寒冷为主。

2 研究方法

2.1 数据源与预处理

遥感数据采用美国地质调查局官方网站提供的2000年LANDSAT TM数据和环境保护部卫星环境应用中心提供的2010年HJ-1环境卫星数据，空间分辨率30 m［18］。为突出森林遥感影像特征，遥感数据时像选择夏季，TM数据轨道号为 133／38、133／39、133／40。辅助数据包括西藏省行政区划图、数字高程模型（DEM）、森林数据和西藏森林资源二类清查资料，由西藏自治区林业局天保办和西藏林规院提供。

遥感影像进行辐射校正、大气校正和几何纠正等预处理后，在面向对象分类软件eCognition中进行监督分类，参照研究区自然环境特点和《第二次全国土地调查技术规章》，选择林地、灌木、草地、耕地、荒漠、雪地、聚居地、水域等8种土地利用类型［19］。在ArcGIS中参照谷歌地球影像和野外调查数据，交互式修改分类结果，在eCongnition软件中进行精度评价，结果为总体精度92%，kappa系数0.87，分类结果满足分类精度要求。数字高程模型利用ARCGIS spatial analyst工具提取坡度、坡向信息，用行政区界限提取研究区高程数据，与土地覆被数据叠加分析土地转换特征。

2.2 景观要素划分与指数选取

根据面积大小和土地类型变化情况，将研究区划分成5种景观类型：林地景观、灌木景观、草地景观、耕地景观和荒漠景观。

景观格局指数含有大量景观格局信息，可以定量分析研究区内格局变化及其过程，反映景观结构组成和过程中某些空间格局配置特征。根据研究区实施森林保护前后变化特征及景观指数的灵敏性，从景观水平和斑块类型水平选取若干指数，选择斑块个数NP（Number of patches）、最大斑块指数 LPI（Largest patch index）、平均斑块面积 MPS（Mean patch size）分析景观格局，斑块密度 PD（Patch density）、边缘密度 ED（Edge density）、周长面积比 PARA（Perimeter area ratio）、聚集度 AI（Aggregation index）分析景观斑块水平异质性，香农多样性指数SHDI（Shannon's diversity index）、香农均匀度指数 SHEI（Shannon's evenness index）、蔓延度 CONT（Contagion index）、散布与并列指数 IJI（Interspersion and Juxtaposition index）分析景观水平异质性［20］。使用软件Fragstats 4.2计算景观指数。

3 结果与分析

3.1 土地利用动态变化

从表1可以看出，西藏天然林保护区在实施“天保工程”后植被覆盖率明显上升，由2000年的82.4%上升到2010年的84.5%，土地利用类型变化明显。林地面积增加1053.8 km2，占总面积的26.66%，是研究区内面积增加最多的一类，有利于当地的水土保持和维护生物多样性；草地面积相比2000年减少749.1 km2，占总面积的40.15%，是研究区内基本景观类型，影响着研究区内物质、能量的流动以及土地类型的转变；灌木面积增加329.2 km2，占总面积的17.19%；荒漠、雪地与草地变化情况相同，分别减少 480.2、178.6 km2，但二者占总面积的15.16%，尤其还存在2184.6 km2的荒漠，不利于研究区内的生态保护；其余类型略微增加。

由表2和图1对比分析可知，西藏天然林保护区土地利用类型存在空间分布差异，这种差异可能与天保三县的地形有关。草地主要分布在坡度较缓的山坡和河谷地带，与其他土地类型接触最多，受人类活动影响也是发生类型转换最多的一类；林地集中分布在降水较多、坡度约为17°的高山地区，随地形的连绵起伏林地多连片生长；灌木多分布于草地和林地的过度地带，生长较分散；雪地集中分布在海拔4500 m以上的高山地区，荒漠多分布在植被稀疏、坡度较陡的山坡，耕地在研究区内零星分布，位于坡度较缓的山坡。同时，江达县、贡觉县、芒康县处于横断山脉，地形西北高东南低，8种土地利用类型在各县比例不同。江达县草地最多占41.94%，其次为林地、灌木、荒漠、雪地分别为 18.58%、16.62%、11.13% 和 11.05%；贡觉县草地最多为49.82%，其次是灌木 26.49%，林地、荒漠、雪地分别占10.92%、7.04%和4.55%；芒康县林地最多为44.39%，其次是草地 32.94%，灌木、荒漠、雪地分别占12.77%、2.43%和6.71%。可以看出，荒漠在各县都占有一定比例，尤其在江达县高达11.13%，是西藏天然林保护工程中的重要生态问题。

表1 “天保工程”实施前后土地利用类型统计表

表2 各县土地类型面积统计表／km2

3.2 景观格局变化分析

选取斑块个数、最大斑块指数和平均斑块面积分析研究区景观格局变化，分析结果见表3。西藏天然林保护工程实施后，研究区内5种景观类型斑块个数减少，平均斑块面积增加，除灌木景观最大斑块指数上升，各景观类型呈扩张趋势。

图1 研究区土地利用空间分布图

表3 西藏天然林保护区5种景观类型特征指数

草地景观斑块个数由7497块减少到6061块，减少最多为1436块，最大斑块指数增加0.23，平均斑块面积增加约0.3 km2。草地是研究区内的优势景观，相比2000年景观内部大面积斑块个数增加，在与其他景观类型转换过程中小面积斑块逐渐减少，分布趋于集中。林地景观斑块个数减少314块，最大斑块指数增加0.44，平均斑块面积增加最多为0.41 km2，说明封山育林、大幅调减采伐限额、建立育苗基地等措施确实有效保护了天保三县的森林资源，林地大面积斑块明显增多，景观连通性增强。灌木景观斑块个数减少758块，最大斑块指数下降0.45，平均斑块面积增加0.13 km2，与2000年相比灌木趋于均匀化发展。耕地景观斑块个数小幅增加仅为49块，最大斑块指数变化不明显，平均斑块面积仅增加0.02 km2，是5种景观类型种变化不明显的一类。耕地景观的变化与人为开垦荒地等活动有关。荒漠景观斑块个数减少642块，最大斑块指数增加最多为0.47，平均斑块面积增加 0.09 km2，荒漠与雪地是荒漠景观主要组成部分，说明与2000年相比，荒漠与雪地分布越来越集中，大面积斑块个数增多并有连片分布的趋势。

3.3 斑块类型水平异质性分析

斑块类型异质性是景观组成要素时空变异程度，反映了景观内部在自然或人为干扰下空间结构的变化。选取斑块密度、边缘密度、周长面积比、聚集度指数作为斑块类型水平景观格局异质性分析指标，分析结果见表4。

斑块密度是指单位面积上的斑块数量，反映了景观要素的破碎度，如表4所示，不同类型斑块密度差异明显，草地和灌木破碎度较高。研究区草地景观斑块密度相比2000年减少4个／km2，灌木、荒漠和林地景观斑块密度减少1～2个／km2，表明“天保工程”实施后景观要素破碎度略有降低。天保三县5种景观斑块密度存在差异，江达县草地景观斑块密度最高为22个／km2，其次为灌木景观20个／km2，贡觉县灌木景观最高为22个／km2，其次是草地19个／km2，芒康县灌木景观斑块密度最高23个／km2，其次是草地景观21个／km2，三县林地和荒漠景观斑块密度在6～15个／km2之间，耕地景观最低为1～2个／km2，这说明各县景观异质性显著，斑块分化程度较高，景观破碎度大；与2000年相比，5种景观斑块密度都有不同程度下降，说明天然林保护工程的实施降低了景观斑块水平破碎度。

边缘密度是指单位面积某类斑块要素与其相邻异质斑块之间的边缘长度，体现了各类斑块之间物质、能量和信息交换的潜力及其相互影响的强度，周长面积比是指斑块不规则几何形状的非整数维数，表现了斑块在空间格局上形状的复杂程度，二者可以反映出斑块在其他异质斑块影响下的破碎度。草地景观的边缘密度和面积周长比最高，其次是灌木，耕地最低。“天保工程”实施后，边缘密度仅有耕地增加8 m／km2，周长面积比仅有草地增加而且数值远远高于其他类型减少数值。这一变化与人类活动有关，人口增加与森林经济活动的减少迫使人类将部分草地开垦为耕地，封山育林等活动将缓坡地区的草地转换为林地或灌木，放牧活动促使荒地与草地交替转化，草地受其他景观类型影响强烈，使得草地在空间上形状复杂度远远高于其他景观［21-22］。各县不同景观边缘密度相似，周长面积比差异明显。江达县周长面积比为草地＞荒漠＞灌木＞耕地＞林地，贡觉县为草地＞荒漠＞灌木＞林地＞耕地，芒康县为草地＞林地＞荒漠＞灌木＞耕地，说明草地在各县形状都最复杂。

聚集度表现了景观中不同斑块类型的非随机性和聚集程度，其值越大，斑块类型的空间连接性越好。研究区各斑块类型聚集度均大于90，保护工程实施后均有增加，说明5种景观类型连接度较好。

表4 斑块类型水平异质性指数

3.4 景观水平异质性分析

选取香浓多样性指数、均匀度指数、蔓延度、散步并列指数作为景观水平异质性分析指标，分析结果见表5。

蔓延度描述的是景观不同斑块类型的团聚程度或延展程度，高蔓延度表明景观中某类优势斑块类型形成了良好的连接度，低蔓延度则表明景观多由零散斑块组成，景观破碎度较高。“天保工程”实施后研究区蔓延度为增加0.07，说明研究区逐渐由大斑块组成，景观连接性增加。三县中芒康县蔓延度最高，且增加最多为0.12，说明芒康县较其他两县景观连接性最好。江达县蔓延度减少0.25，说明土地类型在转换过程中产生了大量的小面积斑块。散步与并列指数是对斑块类型散布或混合特性的度量，取值较小说明斑块仅与少数其他类型相邻接，取值最大时说明各斑块间比邻率均等。研究区散步与并列指数降低，表明景观斑块邻接度降低，景观趋于均质。江达县散步与并列指数增加明显，与研究区和其他两县不同，结合斑块个数和边缘密度可知，江达县斑块个数和边缘密度均高于其他两县，各景观斑块类型混合分布，破碎度最高。香农多样性指数与均匀度指数是比较不同景观或同一景观不同时期多样性变化和异质性的有力手段，多样性指数越高景观异质性程度越高，均匀度指数可以反映出景观是否受到一种或多种斑块类型支配。研究区和各县多样性指数增加，均匀度指数较大，说明“天保工程”实施后景观结构复杂性增加，但景观由多种优势种共同支配。

表5 景观水平异质性指数

4 西藏天然林保护区景观优化策略

景观格局优化的目标是通过调整景观组分、景观斑块数量及其空间分布格局，使景观各类型之间和谐有序发展，改善景观生态功能，提高景观自身稳定性和生产能力，最终实现区域稳定和生态效益最大化，促进区域经济和可持续发展［23-24］。根据上述分析可知，西藏天然林保护区景观存在荒漠面积大、斑块个数多、景观破碎度大等问题，使得保护区生态效益未能充分发挥。从研究区实际出发，依据景观格局优化原则，针对保护区生态环境，提出以下景观优化策略。

4.1 加强荒漠治理，减少荒漠面积

西藏天然林保护区地处三江并流的横断山脉，存在大面积荒漠地区不利于涵养三江水源，同时也会阻碍景观内物质、能量的流动，增大各景观类型受干扰的风险，加强荒漠治理减少荒漠面积是优化保护区景观格局的重要内容。保护区内的放牧活动是造成荒漠化的主要原因之一，尤其是江达县放牧活动频繁，针对这一问题可采取集中放牧、退牧还草等措施；位于河流沿岸的荒漠地区，可采取草方格治理或人工种草等措施，防止水土流失。

4.2 加强人工管理，减少斑块个数

根据景观格局变化可知，西藏天然林保护区内存在大量景观斑块，增加景观破碎度，降低了景观的稳定性和抗干扰能力。在封山育林的基础上，还应该增加有益人工管理，如退牧还草、调整森林结构、增大草地、林地优势物种种植面积等，将小面积斑块融合成大面积斑块，减少景观内斑块个数，促进各景观连片发展。

4.3 建立生态廊道，提高景观连接度

西藏天然林保护区在实施天保工程后依旧存在景观破碎度较大的问题，并且景观连接度较低，针对这一问题可通过建立生态廊道来解决。生态廊道对景观组分起到连通作用，是景观生态规划的重要方法，建立生态廊道，增加优势林种和草地面积，增大景观内部同质斑块连接度，提高森林稳定性，从而保障生态功能体系的结构完整和功能通畅。

5 结论

通过上述研究可知：

（1）西藏天然林保护区土地利用类型变化明显，到2010年植被覆盖度增加到84.5%，其中林地占总面积的26.66%，但依旧存在大面积荒漠地区，尤其是江达县；受地形影响土地类型在空间上存在差异，天保三县8种土地利用类型比例不同。

（2）“天保工程”实施后，西藏天然林保护区景观斑块个数减少3101块，5种景观类型斑块个数依旧较多，5种景观最大斑块指数和平均斑块面积均增加，景观连通性增强。

（3）西藏天然林保护区景观异质性降低，破碎度较大。斑块类型水平上5种景观斑块密度、边缘密度下降，除草地外周长面积比下降，聚集度增加，景观破碎度略有降低；景观水平上，保护区蔓延度、多样性指数、均匀度指数增加，散步与并列指数降低，江达县变化趋势不同，蔓延度减少0.25，散步并列指数增加0.42。

（4）西藏天然林保护区景观存在荒漠面积大、斑块个数多、景观破碎度大等问题，可通过加强荒漠治理、人工管理、建立生态廊道等措施优化景观格局。

天然林保护一期工程实施以来，景观结构得到了调整，工程实施中禁止森林砍伐、封山育林在一定程度上保护了森林资源，使得景观整体的异质性和破碎性降低，但是草地作为优势景观，与其他类型转换频繁，保护区景观破碎度依旧很大，在以后的保护中需要加强合理的人工干预，优化景观格局，增加生态环境稳定性。

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Analysis of landscape pattern of forest protection area in Tibet

Li Yanyan，Zheng Guoqiang*
（College of Surveying and Geo-Informatics Shandong Jianzhu University，Jinan 250101，China）

The change of forest landscape pattern is an effectivemeans to reveal its ecological status and spatial variability.The study on the dynamic change of landscape pattern of natural forest reserve in Tibet has great significance for scientific understanding of the dynamic change law of natural forest in Tibet，maintaining the stability of forest landscape and ensuring the safety of forest ecosystem.Based on the data of remote sensing images in 2000 and 2010，the paper analyzed the utilization of land in the study area，selected 11 landscape indices to analyze the changes in landscape pattern of the reserve and elucidated the trend of landscape heterogeneity from patch level and landscape level.In view of the problems in the study area，some strategies for optimizing landscape patterns were put forward.The results showed that，after the protection of natural forest，land use of study area changed obviously，the vegetation coverage increased to 84.5%，the land type spatial distribution differences；the number of landscape patches decreased but stillmore，the largest patch index landscape and the average patch area increased；landscape heterogeneity decreased and fragmentation was greater.The landscape pattern could be optimized by strengthening desertmanagement，artificialmanagement and ecological corridor construction.

forest protection area in Tibet；landscape pattern；land use

S127

A

1673-7644（2017）05-0455-06

10.12077／sdjz.2017.05.008

2017-08-07

中国科学院西部行动计划课题项目（KZCX2-XB3-08-03）；山东省省级研究生创新计划项目（SDYY16031）

李妍妍（1993-），女，在读硕士，主要从事3S技术在城市发展中的应用等方面的研究.E-mail：824022542＠qq.com

*：郑国强（1972-），男，副教授，博士，主要从事环境资源遥感和土地利用等方面的研究.E-mail：zhenggq_ok＠163.com

（学科责编：康文凤）